DE202018003439U1 - System for operating and changing accumulators in electrically powered motor vehicles - Google Patents

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Abstract

Elektroantriebsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs (110) mit einem zur elektrischen Betankung manuell, teilautomatisch oder vollautomatisch tauschbarem Kraftfahrzeugakkumulator dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftfahrzeugakkumulator in kleiner Akkumulatormodule unterteilt ist welche in mindestens einem Akkumulatorfach (250) bestehend aus mindestens einem Akkumulatorschacht (260) untergebracht sind.Electric drive device of a motor vehicle (110) with a manual, semi-automatic or fully automatic exchangeable motor vehicle accumulator for electrical refueling, characterized in that the motor vehicle accumulator is subdivided into small accumulator modules which are accommodated in at least one accumulator compartment (250) comprising at least one accumulator shaft (260).

Description

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Die Erfindung betrifft zumindest teilweise mit elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge mit wechselbarem Akkumulator (Kraftfahrzeugakkumulator) nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates at least in part to electrically driven motor vehicles with replaceable accumulator (motor vehicle accumulator) according to the preamble of claim 1.

Aus der DE 10 2006 047 654 A1 ist bereits einen Vorrichtung zum automatischen Wechsel von einem Akkumulator in einem elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug bekannt.From the DE 10 2006 047 654 A1 A device for automatically changing from an accumulator in an electrically driven motor vehicle is already known.

Als Akkumulatoren werden heutzutage hauptsächlich Li-Ionen, LiFePo, LiPo oder NiMH-Akkumulatoren verwendet. Die verwendeten Kapazitäten und damit auch die Größe und das Volumen des Kraftfahrzeugakkumulators sind dabei unter anderem abhängig vom Fahrzeugtyp sowie der angestrebten Reichweite. Kleine Personenkraftwagen haben dabei einen Kraftfahrzeugakkumulator mit einer Kapazität ab ca. 20 Kilowattstunden, während große Personenkraftwagen mit hoher Reichweite über einen Kraftfahrzeugakkumulator mit einer Kapazität von bis zu 90 Kilowattstunden verfügen. Akkumulatoren mit solchen Kapazitäten haben ein Gewicht zwischen 120 Kilogramm und 500 Kilogramm bei einem Volumen zwischen 80 Liter bis 250 Liter und sind dadurch sehr schwer zu wechseln und zu handhaben.The batteries used today are mainly Li-ion, LiFePo, LiPo or NiMH accumulators. The capacities used and thus also the size and the volume of the motor vehicle accumulator are inter alia dependent on the vehicle type and the desired range. Small passenger cars have a Kraftfahrzeugakkumulator with a capacity from about 20 kilowatt-hours, while large passenger cars with high range have a Kraftfahrzeugakkumulator with a capacity of up to 90 kilowatt-hours. Accumulators with such capacities have a weight between 120 kilograms and 500 kilograms in a volume between 80 liters to 250 liters and are therefore very difficult to change and handle.

Der Kraftfahrzeugakkumulator stellt bei zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen einen erheblichen Kostenfaktor dar. Der Akkumulator altert einerseits durch die Nutzung, sodass die erreichbaren Ladezyklen, zumeist mit bis 1000 Ladezyklen, begrenzt sind. Zusätzlich kommt es zu einer zeitlichen Alterung, weshalb der Akkumulator auch ohne Nutzung nach derzeit zumeist ca. 8 Jahren getauscht werden muss. Werden bei einem Akkumulator innerhalb seines Lebenszeitraums von ca. 8 Jahren, nicht die 1000 Ladezyklen genutzt, so zeigt dieser dennoch Verschleißerscheinungen und muss ausgetauscht werden. Aus diesem Grund ist eine ökonomische Akkumulatornutzung nur gegeben, wenn dieser so dimensioniert ist dass die 1000 Ladezyklen erreicht werden bevor eine signifikante zeitliche Alterungserscheinungen eintritt. Die tatsächliche Kapazität des Kraftfahrzeugakkumulator muss daher an die tatsächlich stattfinde Nutzung des Fahrzeuges angepasst werden, welche sich über die Fahrzeuglebensdauer ändern kann.The motor vehicle accumulator represents a considerable cost factor in motor vehicles that are at least partially electrically driven. The accumulator ages on the one hand due to the use, so that the achievable charging cycles, usually with up to 1000 charging cycles, are limited. In addition, it comes to a temporal aging, which is why the accumulator must be replaced without use for currently mostly about 8 years. If an accumulator does not use the 1000 charging cycles within its life span of approx. 8 years, it nevertheless shows signs of wear and must be replaced. For this reason, an economic accumulator use is given only if it is dimensioned so that the 1000 charging cycles are reached before a significant temporal aging phenomena occurs. The actual capacity of the motor vehicle accumulator must therefore be adapted to the actual use of the vehicle, which may change over the vehicle's life.

Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde die Kapazität des Kraftfahrzeugakkumulators flexibel an die tatsächlich benötigte Kapazität anzupassen und damit eine ökonomische Akkumulatornutzung zu gewährleisten. Diese Anpassung soll manuell, teilautomatisch oder vollautomatisch durch den Wechsel von zumindest Teilen des Kraftfahrzeugakkumulators zu ermöglicht werden.The invention is in particular the object of flexibly adapting the capacity of the motor vehicle battery to the actual required capacity and thus to ensure an economic accumulator usage. This adaptation is to be made possible manually, semi-automatically or fully automatically by changing at least parts of the motor vehicle accumulator.

Vorhandene Wechselkonzepte sehen ausschließlich den Wechsel des gesamten Kraftfahrzeugakkumulators vor und ermöglichen somit nicht die einfache Anpassung der Kapazität an den tatsächlichen Bedarf wodurch die Akkumulatoren nicht effizient genutzt werden kann.Existing change concepts provide only the change of the entire motor vehicle battery and thus do not allow easy adaptation of the capacity to the actual needs whereby the batteries can not be used efficiently.

Aufgrund der Größe und des Gewichtes bestehender Kraftfahrzeugakkumulatoren erfordert deren Wechsel eine komplizierte und teure Wechselinfrastruktur, wodurch diese sich nur mit hohem Aufwand flächendeckend eingeführt werden kann.Due to the size and weight of existing motor vehicle batteries whose change requires a complicated and expensive exchange infrastructure, which this can be introduced nationwide only with great effort.

Vorhandene Kraftfahrzeugakkumulatoren müssen speziell für jeden Kraftfahrzeugtyp angepasst werden, damit diese in Größe, Form und den elektrischen Spezifikationen zum Kraftfahrzeugtyp passen. Eine einheitliche Nutzung eines Kraftfahrzeugakkumulators für verschiedene Kraftfahrzeugtypen ist somit nicht möglich weshalb in einer Akkumulator Wechselstation verschiedene Kraftfahrzeugakkumulatortypen vorrätig gehalten werden müssen, was die Lagerkosten erhöht. Auch die Komplexität der gesamten Anlage ist höher.Existing automobile batteries must be specially adapted for each type of motor vehicle to suit the size, shape and electrical specifications of the type of vehicle. A uniform use of a motor vehicle battery for different types of motor vehicles is therefore not possible, therefore, different types of motor vehicle accumulators must be kept in stock in an accumulator changing station, which increases the storage costs. The complexity of the entire system is higher.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF THE INVENTION

Die Erfindung sieht daher vor den bisher großen und schweren Kraftfahrzeugakkumulator in kleinere, in sich geschlossene und vereinheitlichte Akkumulatormodule zu unterteilen die sich in einer Reihen- und Parallelschaltung befinden. Je nach Kraftfahrzeugtyp und benötigter Kapazität des Kraftfahrzeugakkumulators kann das Kraftfahrzeug mit mehr, oder weniger Akkumulatormodulen ausgestattet werden. Ein Akkumodul sollte dabei ein Gewicht zwischen 10 Kilogramm und 30 Kilogramm, vorzugsweise 16 Kilogramm, haben um auch einen manuellen Wechsel zu ermöglichen. Bei einem 16 Kilogramm schweren Akkumulatormodul inklusive Gehäuse und Elektronik ist mit aktuellen Akkumulatorzellen eine Kapazität von ca. 2,5 Kilowattstunden erreichbar. Zum Betreiben eines durchschnittlichen Mittelklasse Personenkraftwagens mit durchschnittlich 38 Kilowattstunden Gesamtkapazität des Kraftfahrzeugakkumulators sind somit ca. 15 Akkumulatormodule notwendig.The invention therefore provides for the previously large and heavy Kraftfahrzeugakkumulator to divide into smaller, self-contained and unified accumulator modules which are in a series and parallel connection. Depending on the type of motor vehicle and the required capacity of the motor vehicle accumulator, the motor vehicle can be equipped with more or fewer accumulator modules. A battery module should have a weight between 10 kilograms and 30 kilograms, preferably 16 kilograms, to allow a manual change. With a 16 kilogram battery module including housing and electronics, a capacity of approx. 2.5 kilowatt hours can be achieved with current accumulator cells. To operate an average middle-class passenger car with an average of 38 kilowatt-hours total capacity of the motor vehicle battery thus approximately 15 accumulator modules are necessary.

Es wird vorgeschlagen, dass die Spannung eines Akkumulatormoduls einen ganzzahligen Bruchteil der üblichen Betriebsspannung von Elektrofahrzeugen beträgt. Die Betriebsspannung von elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen liegt üblicherweise bei 360 Volt. Idealerweise liegt damit die Spannung eines Akkumulatormoduls bei 60 Volt, 90 Volt, oder 120 Volt damit diese in Reihe geschaltet werden können und somit die 360 Volt Betriebsspannung erreichen.It is proposed that the voltage of an accumulator module is an integer fraction of the usual operating voltage of electric vehicles. The operating voltage of electrically powered vehicles is usually 360 volts. Ideally, the voltage of a battery module at 60 volts, 90 volts, or 120 volts so that they are connected in series can and thus reach the 360 volt operating voltage.

Der Kraftfahrzeugakkumulator besteht aus mindestens einem Akkumulatorstrang der aus mindestens einem, vorzugsweise zwei bis sechs, Akkumulatormodulen gebildet wird die sich in Reihenschaltung befinden. Jeder Akkumulatorstrang besitzt damit die spezifische elektrische Kapazität der Akkumulatormodule und deren aufsummierte Spannung. Jeder Akkumulatorstrang enthält eine Vorrichtung welche die elektrische Verbindung zum Akkumulator-Internen Hochspannungsbus über ein Strang-Anschluss-Modul herstellt.The Kraftfahrzeugakkumulator consists of at least one Akkumulatorstrang formed of at least one, preferably two to six, accumulator modules are in series. Each accumulator strand thus has the specific electrical capacity of the accumulator modules and their accumulated voltage. Each accumulator train includes a device which establishes the electrical connection to the accumulator-internal high-voltage bus via a line-connection module.

Der Kraftfahrzeugakkumulator kann durch die Parallelschaltung mehrere Akkumulatorstränge in seiner Kapazität erweitert werden. Voraussetzung hierfür ist, dass jeder Akkumulatorstrang über die gleiche Anzahl von Akkumulatormodulen verfügt. Der Kraftfahrzeugakkumulator besteht, je nach Kraftfahrzeugtyp, aus mindestens einem, vorzugsweise ein bis 30 Akkumulatorsträngen. Die Akkumulatorstränge können sich hinsichtlich des Energiegehaltes/Zellchemie/Alterungszustandes der Zelle unterschieden.The Kraftfahrzeugakkumulator can be extended by the parallel connection of several Akkumulatorstränge in its capacity. The prerequisite for this is that each accumulator train has the same number of accumulator modules. The Kraftfahrzeugakkumulator consists, depending on the type of motor vehicle, of at least one, preferably one to 30 Akkumulatorsträngen. The accumulator strands can differ in terms of the energy content / cell chemistry / state of aging of the cell.

Die Erfindung sieht vor, dass beim Bestücken eines Akkumulatorstranges durch eine automatische Wechselstationen alle Module innerhalb eines Akkumulatorstranges über die eine zumindest ähnliche Energiemenge bzw. Ladezustand verfügen, da sonst nicht alle Module vollständig entladen werden können. Das Modul mit dem geringsten Energiegehalt definiert die maximal entnehmbare Energiemenge. Die Module werden von der automatischen Wechselstation hinsichtlich ihres Ladezustandes bzw. Energiegehaltes passend zu einem Strang zusammengestellt.The invention provides that when loading a battery line by an automatic change stations all modules within an accumulator train on the at least a similar amount of energy or state of charge, otherwise not all modules can be completely discharged. The module with the lowest energy content defines the maximum amount of energy that can be removed. The modules are assembled by the automatic changing station in terms of their state of charge or energy content suitable for a strand.

Die Erfindung sieht innerhalb des Kraftfahrzeugakkumulators eine elektrische Verschaltung der einzelnen Akkumulatorstränge vor, die es erlaubt, einzelne Akkumulatorstränge für den Betrieb des Kraftfahrzeuges zuzuschalten bzw. abzuschalten. Dadurch kann das Kraftfahrzeug auch betrieben werden, wenn nicht alle, im Kraftfahrzeug vorhandenen Akkumulatorstränge mit Akkumulatormodulen bestückt sind. Des Weiteren können die Akkumulatorstränge so geschaltet werden, dass diese während des Kraftfahrzeugbetriebs sequentiell entladen werden.The invention provides within the Kraftfahrzeugakkumulators before an electrical interconnection of the individual Akkumulatorstränge, which makes it possible to switch on or off individual Akkumulatorstränge for the operation of the motor vehicle. As a result, the motor vehicle can also be operated if not all of the accumulator strings present in the motor vehicle are equipped with accumulator modules. Furthermore, the accumulator strings can be switched so that they are discharged sequentially during motor vehicle operation.

Da die einzelnen Akkumulatorstränge aufgrund von Ladungsunterschieden, Verschleiß, oder Fertigungstoleranzen der Akkumulatormodule unterschiedliche Spannungen haben können, ist eine Anpassung der Spannungen, der parallel zu schaltenden Akkumulatorstränge notwendig, um hohe Ausgleischsstromspitzen zu vermeiden die die Elektronik beschädigen könnten. Das System verfügt über ein Strang-Anschluss-Modul, welche das Anpassen der Spannungen beim Parallelschalten der Akkus bzw. die Begrenzung des Umladeschtromes vornehmen kann. Hierfür können verschiedene Varianten genutzt werden, die im Folgenden beschrieben sind.Since the individual accumulator strands may have different voltages due to differences in charge, wear, or manufacturing tolerances of the accumulator modules, an adaptation of the voltages of parallel to be switched accumulator strands necessary to avoid high Ausgleischsstromspitzen that could damage the electronics. The system has a strand connection module, which can adjust the voltages when connecting the batteries in parallel or limiting the recharge current. For this purpose, different variants can be used, which are described below.

Eine mögliche Variante besteht darin vor dem initialen Zusammenschalten der Akkumulatorstränge einen Ladungsausgleich durch gezieltes Entladen der Akkumulatorstränge durchzuführen bis die, für die Parallelschaltung vorgesehenen Akkumulatorstränge, das Spannungsniveau des Akkumulatorstrangs mit der niedrigsten Spannung erreicht haben. Für den Betrieb des Kraftfahrzeuges kann die elektrische Leistung von einem, oder wendigen Akkumulatorsträngen ausreichend sein. Somit müssen nicht zwangsläufig alle Akkumulatorstränge auf ein Spannungsniveau gebracht werden, sondern nur mindestens die minimale Anzahl an Akkumulatorsträngen, die für den Betrieb des Kraftfahrzeuges notwendig sind. Die so entstandenen Akkumulatorstrangpaarungen können dann für den Kraftfahrzeugbetrieb genutzt werden. Zwischen den so entstanden Akkumulatorstrangpaaren kann beliebig umgeschaltet werden. Bei dieser Variante ist eine Parallelschaltung verschiedener Akkumulatorstränge allerdings nur noch möglich, wenn diese durch gezieltes entladen/laden auf ein gleiches Spannungsniveau gefahren werden. Ein Abschalten einzelner Stränge ist jederzeit möglich. Zum unterbrechungsfreien Umschalten der Akkumulatorstränge ist die Verwendung eines Energiepufferspeicher sowie einer Koordination mit dem aktuell Lastfall und dem damit vom Fahrzeug benötigenden elektrischen Energiebedarfs vorteilhaft.A possible variant is to carry out a charge equalization by purposeful discharging of the accumulator strands prior to the initial interconnection of the accumulator strands until the accumulator strands provided for the parallel connection have reached the voltage level of the accumulator strand with the lowest voltage. For the operation of the motor vehicle, the electrical power of one or agile accumulator strands may be sufficient. Thus, not necessarily all accumulator strands must be brought to a voltage level, but only at least the minimum number of Akkumulatorsträngen that are necessary for the operation of the motor vehicle. The resulting Akkumulatorstrangpaarungen can then be used for motor vehicle operation. It is possible to switch between the pairs of accumulator strings thus created. In this variant, a parallel connection of different accumulator strands, however, only possible if they are driven by targeted unload / load to an equal voltage level. Switching off individual strands is possible at any time. For uninterrupted switching of Akkumulatorstränge the use of an energy buffer memory and a coordination with the current load case and thus required by the vehicle electrical energy consumption is advantageous.

Eine weitere Variante sieht einen, im Strang-Anschluss-Modul verbauten, Gleichspannungswandler (DC/DC Wandler) vor. Dieser arbeitet bidirektional und kann die Spannung des jeweiligen Akkumulatorstrangs auf ein definiertes Spannungsniveau anheben, oder senken. Dies ermöglicht es die aus den Akkumulatorsträngen entnommen bzw. in diese gespießte Energie flexibel zu verteilen. Somit kann die entnommen Leistung z.B. unsymmetrisch auf die Akkumulatorstränge verteilt werden oder auch die Ladung zwischen verschieden Akkumulatorsträngen umverteilt werden (als Beispiel wird Akkumulatorstrang A wird aus Akkumulatorstrand B und D geladen). Zudem ist der Parallelbetrieb von beliebigen Akkumulatorsträngen mit unterschiedlichem Ladestand oder unterschiedlicher Zell-Chemie möglich. Des Weiteren kann hierbei die Spannung auf dem Fahrzeug Hochsvoltbus Fahrsituationsspezifisch angepasst werden um so einen höheren Wirkungsgrad im Zusammenspiel zwischen Umrichter und Elektromotor zu erzielen.Another variant envisages a DC-DC converter (DC / DC converter) installed in the line-connection module. This operates bidirectionally and can raise or lower the voltage of the respective accumulator string to a defined voltage level. This makes it possible to flexibly dispense the energy spewed from the accumulator strands or spewed into them. Thus, the removed power can be e.g. be distributed asymmetrically to the Akkumulatorstränge or the charge between different Akkumulatorsträngen be redistributed (as an example, accumulator strand A is charged from Akkumulatorstrand B and D). In addition, the parallel operation of any Akkumulatorsträngen with different state of charge or different cell chemistry is possible. Furthermore, the voltage on the vehicle Hochsvoltbus driving situation can be specifically adapted to achieve a higher efficiency in the interaction between inverter and electric motor.

Eine weitere Variante besteht darin den Angleichen der Spannungen der parallel zu schaltenden Akkumulatorstränge durch das Balancing (Ladungsausgleichsregelung), welches durch die Akkumulatorsteuerung gesteuert wird, durchzuführen. Diese wirkt auf die Spannung von einzelne Akkumulatorzellen ein und kann somit auch gezielt die Spannung eines Akkumulatorstranges beeinflussen.A further variant consists in the balancing of the voltages of the battery strings to be switched in parallel ( Charge balance control) controlled by the accumulator controller. This acts on the voltage of individual battery cells and thus can also specifically affect the voltage of a battery bank.

Die einzelnen Akkumulatormodule enthalten eine Akkumulatormodulsteuerung zur Überwachung der spezifischen elektrischen und thermischen Parameter. Hierbei wird wenigstens eine Zellspannung, üblicherweise alle Zellspannungen, wenigstens eine Temperatur sowie der gesamt Strom gemessen. Die Akkumulatormodulsteuerung kann über einen elektrischen Anschluss, oder auch berührungslos, mit dem Fahrzeug, einer Wechselstation oder Endgeräten (z.B. Handy, technisches Auslesegerät etc.) kommunizieren und sich eindeutig identifizieren.The individual accumulator modules include an accumulator module controller for monitoring the specific electrical and thermal parameters. In this case, at least one cell voltage, usually all cell voltages, at least one temperature and the total current is measured. The accumulator module controller can communicate with the vehicle, a change station or terminals (e.g., cell phone, technical reader, etc.) via an electrical connection, or even non-contact, and uniquely identify itself.

Jedes einzelne Akkumulatormodul verfügt über einen Vorrichtung um mindestens einpolig den elektrischen Ausgang spannungsfrei schalten zu können. Die Schaltung wird durch die Akkumulatormodulsteuerung gesteuert. Das Modul ist solange spannungsfrei geschaltet bis es durch ein übergeordnetes Steuergerät (der Kraftfahrzeugsakkumulatorsteuerung, Wechselstation, oder Service Schnittstelle), zum Zuschalten der Spannung kommandiert wird. Wenn die Akkumulatormodulsteuerung einen internen Fehler feststellt kann sie die Zuschaltung verweigern oder das Akkumulatormodul im Betrieb abschalten.Each individual accumulator module has a device to at least one pole to disconnect the electrical output voltage. The circuit is controlled by the accumulator module controller. The module is de-energized until it is commanded by a higher-level control unit (the Kraftfahrzeugsakkumulatorsteuerung, changing station, or service interface), for switching on the voltage. If the accumulator module controller detects an internal fault, it may refuse the connection or shut down the accumulator module during operation.

Das Strang-Anschluss-Modul verfügt über eine Sicherheitsschaltung die den jeweiligen Strang permanent (irreversibel) im Fehlerfall elektrisch vom Kraftfahrzeugakkumulator internen Hochspannungsbus trennen kann. Dies kann durch eine elektronisch oder chemisch ausgelöste Sicherung erfolgen die mindestens einen Pol trennt. Diese Sicherung kann auch als bedatbare Überstromschutzeinrichtung für den Akkumulatorstrang fungieren.The strand connection module has a safety circuit which can permanently disconnect the respective strand (irreversibly) from the motor vehicle accumulator's high-voltage bus in the event of a fault. This can be done by an electronically or chemically triggered fuse which separates at least one pole. This fuse can also act as a controllable overcurrent protection device for the accumulator train.

Der Kraftfahrzeugakkumulator wird mittels einer Akkumulator-Fahrzeug-Schnittstelle welche die Kraftfahrzeugakkumulatorsteuerung enthält an den Kraftfahrzeug Hochspannungssystembus verbunden. Die Akkumulator-Fahrzeug-Schnittstelle enthält eine Vorrichtung zum mindestens einpoligen, üblicherweise allpoligen Abzuschalten (AIR - Akkumulator Isolation Relais). Sowie einer Überstromschutzeinrichtung zum Schutz des Kraftfahrzeugakkumulators sowie einer Vorladeeinrichtung welche zum Angleich der Spannung des Kraftfahrezugakkumulators und des Hochspannungssystembusse vor schließen der Schütze dient.The motor vehicle accumulator is connected to the motor vehicle high voltage system bus by means of an accumulator vehicle interface which contains the motor vehicle accumulator control. The accumulator vehicle interface contains a device for at least single-pole, usually all-pole disconnection (AIR - Accumulator Isolation Relay). As well as an overcurrent protection device for the protection of the motor vehicle battery and a pre-charging device which serves to equalize the voltage of Kraftfahrezugakkumulators and the high voltage system buses before closing the contactors.

Sämtliche angeschlossenen Akkumulatormodule kommunizieren mit der Kraftfahrzeugsakkumulatorsteuerung mittels eines geeigneten Busssystems (beispielsweise CAN-Bus). Dies wird weiterhin als Akkumulator-Kommunikations-System bezeichnet. Jedes Akkumulatormodul kann sich hierbei eindeutig identifizieren und hat Kenntnis über die Akkumulatorzellen (unter anderem SOC/SOH) sowie ggf. abrechnungsrelevante Zusatzinformationen.All connected accumulator modules communicate with the motor vehicle accumulator control by means of a suitable bus system (for example CAN bus). This is further referred to as accumulator communication system. Each accumulator module can unambiguously identify itself and has knowledge of the accumulator cells (including SOC / SOH) as well as billing-relevant additional information.

Die Akkumulator-Fahrzeug-Schnittstelle enthält des Weiteren eine Schnittstelle zum Fahrzeug um die Kommunikation mit diesem mittels eines, für Kraftfahrzuge üblichen Bussystems und Protokoll herzustellen. Beispielsweise CAN/CAN FD oder Automitive Ethernet/EthernetThe accumulator vehicle interface further includes an interface to the vehicle to establish communication with it by means of a bus system and protocol customary for motor vehicles. For example CAN / CAN FD or Automitive Ethernet / Ethernet

Die Kommunikation zwischen Akkumulatormodulen und Kraftfahrzeugsakkumulatorsteuerung sowie die Kommunikation mit der Ladestation, oder Wechselstation erfolgt verschlüsselt über beispielsweise eine Publich/Private key Infrastruktur und/oder ein Zertifikathandling.The communication between accumulator modules and Kraftfahrzeugsakkumulatorsteuerung and communication with the charging station, or changing station is encrypted via, for example, a public / private key infrastructure and / or certificate handling.

Die Erfindung sieht vor, dass der Kraftfahrzeugakkumulator in der Bauform eines Akkumulatorfachs aufgeführt ist. Dieses kann aus mindestens einem, vorzugsweise mehreren Akkumulatorschächten die Komponenten der Akkumulatorstränge aufnehmen. Je nach Länge des Akkumulatorschachtes können ein, oder mehrere Akkumulatormodule in einen Akkumulatorschacht eingeschoben und somit in Reihe geschaltet werden. Je nach benötigter Gesamtkapazität des Kraftfahrzeugakkumulators und dem verfügbarem Bauraum können mehrere Akkumulatorschächte nebeneinander, oder übereinander angeordnet werden. Auch die Verteilung der Akkumulatorschächte im Kraftfahrzeug ist möglich.The invention provides that the motor vehicle accumulator is listed in the form of an accumulator compartment. This can accommodate the components of the Akkumulatorstränge from at least one, preferably more Akkumulatorschächten. Depending on the length of the Akkumulatorschachtes one or more accumulator modules can be inserted into a Akkumulatorschacht and thus connected in series. Depending on the required total capacity of the motor vehicle battery and the available installation space, several accumulator shafts can be arranged side by side or one above the other. The distribution of Akkumulatorschächte in the motor vehicle is possible.

Die Erfindung sieht vor, dass in die Akkumulatormodule in die Akkumulatorschächte eingeschoben werden können in denen sie an einer, oder mehreren Schienen geführt werden. Die Schienen können als Gleitschienen, oder mit Rollen ausgeführt sein um die Reibung zu verringern. Bei der Ausführung der Schienen ist vorzugsweise eine Schwalbenschwanzform zu verwenden um eine möglichst spielarme Führung zu gewährleisten wodurch Vibrationen und Schwingungen im Betrieb unterdrückt werden könnenThe invention provides that in the Akkumulatormodule can be inserted into the Akkumulatorschächte in which they are guided on one or more rails. The rails can be designed as slide rails or with rollers to reduce friction. In the execution of the rails is preferably a dovetail shape to use to ensure a low-backlash guide whereby vibration and vibration can be suppressed during operation

Jeder Akkumulatorschacht verfügt über eine mechanische Verriegelung der die Akkumulatormodule an ihrer Position fixiert und geschlossen werden kann, wenn diese sich an ihrer vorgesehenen Position befinden. Diese Verriegelung kann formschlüssig über Sperrklinken, oder Kraftschlüssig über eine Reibpaarung, oder über einen Elektromagneten ausgeführt werden.Each accumulator well has a mechanical lock that secures and closes the accumulator modules in place when in place. This locking can be performed positively via pawls, or force fit via a friction pair, or via an electromagnet.

Das Akkumulatorfach am Fahrzeug kann durch eine automatisch öffnende und schließende Klappe abgedeckt werden die für den Wechselvorgang geöffnet wird.The accumulator compartment on the vehicle can be covered by an automatically opening and closing flap, which is opened for the change process.

Die Akkumodule haben mindestens zwei elektrische Anschlüsse in Form von Steckverbindern die sich an mindestens einer Seite, vorzugsweise zwei sich gegenüberliegenden Seiten, befinden. Die Erfindung sieht vor, dass diese elektrischen Anschlüsse miteinander kompatibel sind und sich mehrere Akkumulatormodule ineinander stecken lassen wenn sie sich auf derselben Schiene befinden. The battery modules have at least two electrical connections in the form of connectors located on at least one side, preferably two opposite sides. The invention provides that these electrical connections are compatible with each other and let multiple accumulator modules stuck together when they are on the same rail.

Die Steckverbindung sind vorzugsweise mittels eines gefederten Polschutzes vor unbeabsichtigten Berühren, oder Verschmutzung der Pole zu schützen. Dieser Polschutz ist so auszulegen, dass dieser sich beim Stecken der Verbindung selbstständig wegklappt und somit die Steckverbindung freigibt.The connector are preferably by means of a spring-loaded pole protector to protect against accidental contact, or contamination of the poles. This polarity protection is to be designed so that it folds away automatically when plugging in the connection and thus releases the plug connection.

Einer der beiden elektrischen Anschlüsse kann schwimmend gelagert sein, sodass er sich wenige Millimeter seitlich bewegen kann um eventuelle Fertigungstoleranzen bei der Positionierung der Anschlüsse auszugleichen.One of the two electrical connections can be floating, so that it can move a few millimeters laterally to compensate for any manufacturing tolerances in the positioning of the connections.

Der elektrische Anschluss eines Akkumulatormoduls hat mindestens zwei Pole für die Kontaktierung des Akkustrom. Die Akkus können über diese Pole geladen und entladen werden. Zusätzlich verfügt der Stecker über mindestens zwei, vorzugsweise vier Pole für die Datenkommunikation mit dem Akku, z.B. über CAN-Bus.The electrical connection of an accumulator module has at least two poles for contacting the battery. The batteries can be charged and discharged via these poles. In addition, the plug has at least two, preferably four, poles for data communication with the battery, e.g. via CAN bus.

Neben den Steckverbindern ist mindestens ein, vorzugsweise zwei konische Stifte angeordnet die beim ineinanderstecken der Akkumulatormodule in Buchsen des Nachbar-Akkumulatormoduls eingreifen um somit dessen laterale Lage für das Ineinandergreifen der Steckverbindungen zu definieren.In addition to the connectors, at least one, preferably two conical pins are arranged which engage in the nesting of the accumulator modules in sockets of the neighboring accumulator module so as to define its lateral position for the interlocking of the connectors.

Die Akkumulatormodule verfügen über einen Griff der ein manuelle Handhabung erleichtert. Der Griff ist vorzugsweise klappbar, oder als Gurt auszuführen, sodass er platzsparend angeordnet werden kann.The accumulator modules have a handle which facilitates manual handling. The handle is preferably hinged, or perform as a belt so that it can be arranged to save space.

Die Akkumulatormodule verfügen über Merkmale die eine automatisierte Handhabung erleichtern. So ist mindestens eine Nut für eine Verriegelung und eine Nut für eine Vereinzelung vorgesehen, vorzugsweise sind die Merkmale symmetrisch anzuordnen um eine unidirektionale Handhabung zu ermöglichen.The accumulator modules have features that facilitate automated handling. Thus, at least one groove for a locking and a groove for a separation is provided, preferably the features are to be arranged symmetrically to allow a unidirectional handling.

Um die tauschbaren Akkumulatormodule zu temperieren sieht die Erfindung mindestens einen thermischen Kontakt vor. Dieser kann als Luft-Wärmetauscher mit Kühlrippen ausgestattet sein um thermische Energie an Luft abzugeben oder aufzunehmen. Die Erfindung sieht auch einen mehrheitlich ebenen und möglichst großflächigen Kontakt, vorzugsweise in Form einer Metall, oder Keramikplatte (z.B. Aluminium oder Kupfer) auf mindestens einer Seite des Akkumulatormoduls vor. Der thermische Kontakt der Akkumulatormodule kann beim Einbau im Fahrzeug oder der Wechselstation mit einem temperierten Bauteil in physischen Kontakt treten. Dadurch kann Wärme in beide Richtungen übertragen werden wodurch das Akkumulatormodul sowohl gekühlt, als auch geheizt werden kann. Das Fahrzeugseitige temperierte Bauteil kann dabei wasser-, oder luftdurchströmt sein, oder sich um eine Elektrische Heizung, oder Kühlung (z.B. Peltier-Element) handeln. Der fahrzeugseitige thermische Kontakt ist vorzugsweise in der Nähe der Führungsschiene im Akkumulatorschacht anzuordnen und kann federnd gelagert sein um gegen das Akkumulatormodul gepresst zu werden und somit Fertigungstoleranzen auszugleichen. Auch eine Kombination aus mehreren thermischen Kontakten zur Übertragung der Wärme an mehrere Medien ist ebenfalls verwendbar.In order to temper the exchangeable accumulator modules, the invention provides at least one thermal contact. This can be equipped as an air heat exchanger with cooling fins to give or absorb thermal energy in air. The invention also provides a majority planar and as large as possible contact, preferably in the form of a metal, or ceramic plate (e.g., aluminum or copper) on at least one side of the accumulator module. The thermal contact of the accumulator modules can come into physical contact with a temperature-controlled component during installation in the vehicle or the changing station. As a result, heat can be transmitted in both directions, whereby the accumulator module can be both cooled and heated. The vehicle-side tempered component can be through water, or through air, or can be an electric heater, or cooling (for example Peltier element). The vehicle-side thermal contact is preferably to be arranged in the vicinity of the guide rail in Akkumulatorschacht and may be resiliently mounted to be pressed against the accumulator module and thus compensate for manufacturing tolerances. A combination of several thermal contacts for transferring the heat to a plurality of media is also usable.

Die Erfindung sieht eine Wechselstation für den vollständigen, oder teilweisen Wechsel der im Kraftfahrzeug befindlichen Akkumulatormodule vor die mindestens aus einem Parkplatz für das Kraftfahrzeug, einem Wechselmechanismus (z.B. einem Roboterarm), einem Lagerregal besteht. Das Lagerregal kann um einen Lagerroboter erweitert werden um die Lagerkapazität des Lagerregals zu erhöhen und den Platzbedarf zu optimieren.The invention provides a changing station for the complete or partial replacement of the accumulator modules located in the motor vehicle, which consists of at least one parking space for the motor vehicle, a changing mechanism (for example a robot arm), a storage rack. The storage rack can be extended by a storage robot to increase the storage capacity of the storage rack and to optimize space requirements.

Für den automatischen Wechsel von beliebig vielen Akkumulatormodulen im Kraftfahrzeug muss das Fahrzeug an eine vorgegebene Parkposition entweder autonom, oder manuell gesteuert werden die durch Markierungen gekennzeichnet ist. Die Parkposition des Fahrzeuges muss so arrangiert sein, dass die die Öffnung des Akkumulatorfachs innerhalb des Arbeitsraumes des Wechselmechanismusses befindet. Eine exakte Ausrichtung des Kraftfahrzeuges ist nicht notwendig.For the automatic change of any number of accumulator modules in the motor vehicle, the vehicle must be controlled to a predetermined parking position either autonomously or manually marked by markings. The parking position of the vehicle must be arranged so that the opening of the accumulator compartment is within the working space of the interchangeable mechanism. An exact alignment of the motor vehicle is not necessary.

Der Wechselmechanismus verfügt über mindestens vier, vorzugsweise sechs, angetriebenen Achsen mit denen ein Wechselgreifer für die Aufnahme von mindestens einem, vorzugsweise zwei Akkumulatormodulen positioniert werden kann. Für den Akkumulatormodulwechsel fährt der Wechselgreifer die Öffnung eines Akkumulatorschachtes an und entnimmt einen, oder mehrere der darin befindlichen Akkumulatormodule. Anschließend können neue Akkumulatormodul mittels des Wechselgreifers eingeführt werden.The change mechanism has at least four, preferably six, driven axes with which an exchange gripper for receiving at least one, preferably two accumulator modules can be positioned. For changing the accumulator module, the exchangeable gripper drives the opening of an accumulator shaft and removes one or more of the accumulator modules located therein. Subsequently, new accumulator module can be introduced by means of the exchange gripper.

Die Erfindung sieht vor dass sich an dem Akkumulatorfach im Fahrzeug Marken befinden die für eine automatische Positionserkennung des Akkumulatorfachs genutzt werden. Diese Marken können entweder an jedem Akkumulatorschacht einzeln, oder am Akkumulatorfach als Ganzes angebracht sein. Die Marken können in Form von optischen Elementen wie z.B. schwarz/weiß Objekte, oder aktiv beleuchtete Marken sein um diese mittels Kameras zu orten. Auch die Verwendung eines Spiegels, oder Retroreflektoren die über Lasermesstechnik angetastet werden können, oder Ultraschallsensoren sind möglich.The invention provides that marks are located on the accumulator compartment in the vehicle which are used for automatic position detection of the accumulator compartment. These marks may be attached either to each accumulator well individually or to the accumulator shelf as a whole. The marks can be in the form of optical elements such as black and white objects, or active be illuminated brands to locate them using cameras. The use of a mirror, or retroreflectors that can be touched by laser metrology, or ultrasonic sensors are possible.

Die für die Positionserkennung des Akkumulatorfachs nötigen Messgeräte sind entweder stationär in der Wechselstation montiert, oder können vorzugsweise auf dem Wechselgreifer des Roboterarms montiert werden. Der Wechselmechanismus positioniert den Wechselgreifer sodass dieser der Öffnung des Akkumulatorfachs an einem Akkumulatorschacht gegenüber steht.The need for the position detection of the battery compartment measuring devices are either stationary mounted in the changing station, or can preferably be mounted on the change gripper of the robot arm. The interchangeable mechanism positions the interchangeable gripper so that it faces the opening of the accumulator compartment on a Akkumulatorschacht.

Aus dem Kraftfahrzeug entnommene und entladene, oder teilentladene Akkumulatoren kann der Wechselgreifer anschließend direkt in ein leeres Fach eines Lagerregals übergeben wo diese geladen werden können. Das Lagerregal verfügt hierfür über Akkumulatorfächer in die mindestens ein Akkumulatormodul eingeschoben werden kann. In den Akkumumulatorfächern werden die Akkumulatormodule über eine Steckverwindung kontaktiert und können somit geladen und entladen werden und die Akkumulatormodulsteuerung kann ausgelesen werden.From the motor vehicle taken and discharged, or partially discharged batteries, the change gripper can then pass directly into an empty compartment of a storage rack where they can be loaded. For this purpose, the storage rack has accumulator compartments in which at least one accumulator module can be inserted. In the accumulator compartments, the accumulator modules are contacted via a plug twisting and can thus be charged and discharged and the accumulator module control can be read out.

Da der Arbeitsraum des Wechselmechanismus und somit auch die erreichbare Größe des Lagerregals begrenzt ist sieht die Erfindung bei Wechselstationen mit großer Lagerkapazität, ab ca. 20 Lagerplätzen für Akkumodule, eine Erweiterung um einen Lagerroboter vor. Der Lagerroboter wird in direkter Nähe, vorzugsweise zwischen Wechselmechanismus und Lagerregal positioniert. Der Lagerroboter verfügt über vorzugsweise zwei angetriebene Achsen und einen Lagergreifer der mindestens ein Akkumulatormodul, vorzugsweise vier Akkumulatormodule aufnehmen kann. Der Lagerroboter kann somit Akkumulatormodule aus dem Lagerregal an beliebiger Position entnehmen und an einer Wechselposition dem Wechselmechanismus übergeben.Since the working space of the change mechanism and thus the achievable size of the storage rack is limited, the invention provides for changing stations with large storage capacity, from about 20 storage spaces for battery modules, an extension to a storage robot. The storage robot is positioned in direct proximity, preferably between exchange mechanism and storage rack. The storage robot preferably has two driven axles and a bearing gripper which can accommodate at least one accumulator module, preferably four accumulator modules. The storage robot can thus remove accumulator modules from the storage rack at any position and transferred to the change mechanism at a change position.

Die Erfindung sieht vor, dass die Akkumulatormodule über eine eineindeutige Kennung verfügen und somit maschinell identifiziert werden können. Dies wird vorzugsweise berührungslos über einen Strichcode, oder Identifizierung mit Hilfe elektromagnetischer Wellen (RFID) durchgeführt. Die Identifizierung findet vorzugsweise im Fahrzeug, der Wechselstation und dem Wechselgreifer statt.The invention provides that the accumulator modules have a one-to-one identifier and can thus be identified by machine. This is preferably carried out contactlessly via a bar code or identification by means of electromagnetic waves (RFID). The identification preferably takes place in the vehicle, the change station and the change gripper.

Zum Schutz vor Personenschaden durch den Wechselmechanismus sieht die Erfindung eine Einrichtung vor die die Anwesenheit von Personen im Arbeitsraum des Wechselmechanismus erkennen kann und diesen gegebenenfalls abschaltet. Dies kann direkt über Bewegungssensoren oder Lichtschranken geschehen, oder indirekt über eine Plausibilitätsschaltung die beispielsweise durch Geschlossene Türen des Kraftfahrzeuges oder Sensoren im Innenraum des Kraftfahrzeuges erkennt ob sich alle anwesenden Personen im Kraftfahrzeug befinden.To protect against personal injury caused by the change mechanism, the invention provides a device in front of the presence of persons in the working space of the change mechanism can recognize and this off, if necessary. This can be done directly via motion sensors or light barriers, or indirectly via a plausibility circuit which detects, for example, through closed doors of the motor vehicle or sensors in the interior of the motor vehicle whether all persons present are in the motor vehicle.

Figurenlistelist of figures

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail by means of exemplary embodiments.

Hierbei zeigen:

  • 1 die Systemlandschaft mit allen Bestandteilen.
  • 2A ein Kraftfahrzeug mit Akkumulatorfach in dem sich der Kraftfahrzeugskkumulator befindet.
  • 2B ein Kraftfahrzeug mit Akkumulatorfach und herausgezogenen Akkumulatoren.
  • 3A ein Akkumulatormodul von der Rückseite.
  • 3B ein Akkumulatormodul von der Vorderseite.
  • 4A eine Akkumulatorschacht für die Aufnahme von exemplarisch drei Akkumulatormodulen in Reihe in das zwei Akkumulatormodule eingeschoben werden.
  • 4B eine Akkumulatorschacht für die Aufnahme von exemplarisch drei Akkumulatormodule in Reihe das voll bestückt ist und in dem die Akkumulatormodule verriegelt sind.
  • 4C eine Akkumulatorschacht für die Aufnahme von exemplarisch drei Akkumulatormodulen in Reihe das voll bestückt ist und in dem die Temperierung der Akkumulatormodule dargestellt ist.
  • 5A ein Akkumulatorfach für die Aufnahme von exemplarisch drei Akkumulatormodulen in reihe in einem Akkumulatorschacht und exemplarisch fünf Akkumulatorschächten parallel.
  • 5B ein Akkumulatorfach für die Aufnahme von exemplarisch drei Akkumulatormodulen in reihe in einem Akkumulatorschacht und exemplarisch zwei Akkumulatorschächten nebeneinander und drei Akkumulatorschächten übereinander die parallel geschaltet sind.
  • 6A ein Leistungspfad im gesamten Kraftfahrzeugakkumulator.
  • 6B ein Variante von 6A mit Gleichstromwandlern im Strang-Anschluss-Modul.
  • 6C eine elektronische Schaltung der Akkumulatormodule.
  • 7 eine automatische Wechselstation.
Hereby show:
  • 1 the system landscape with all components.
  • 2A a motor vehicle with accumulator compartment in which the motor vehicle accumulator is located.
  • 2 B a motor vehicle with accumulator compartment and withdrawn batteries.
  • 3A an accumulator module from the back.
  • 3B an accumulator module from the front.
  • 4A an accumulator shaft for the inclusion of three exemplary accumulator modules in series in the two accumulator modules are inserted.
  • 4B a Akkumulatorschacht for the reception of exemplary three accumulator modules in series that is fully populated and in which the accumulator modules are locked.
  • 4C a Akkumulatorschacht for receiving exemplary three accumulator modules in series that is fully populated and in which the temperature of the accumulator modules is shown.
  • 5A an accumulator compartment for receiving by way of example three accumulator modules in series in a Akkumulatorschacht and exemplarily five Akkumulatorschächten parallel.
  • 5B an accumulator compartment for receiving by way of example three accumulator modules in series in a Akkumulatorschacht and exemplarily two Akkumulatorschächten side by side and three Akkumulatorschächten one above the other are connected in parallel.
  • 6A a power path throughout the motor vehicle accumulator.
  • 6B a variant of 6A with DC-DC converters in the strand connection module.
  • 6C an electronic circuit of the accumulator modules.
  • 7 an automatic change station.

AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG EMBODIMENT OF THE INVENTION

Ein erfindungsgemäßes System zum Anpassen der Kapazität des Kraftfahrezugakkumulators durch den Wechsel der Akkumulatormodule ist im Folgenden beschrieben.An inventive system for adjusting the capacity of the Kraftfahrezugakkumulators by changing the accumulator modules is described below.

1 zeigt die Systemlandschaft des Wechselsystems bestehend aus dem Fahrzeugnetzwerk 100, der Wechselstation, der automatischen Wechselstation 300, der manuellen Wechselstation 330, der Ladestation 140 und dem Benutzernetzwerk 120. Das Fahrzeugnetzwerk 100 besteht aus dem Kraftfahrzeug 110, dem Akkumulatorfach 250 in welches eine bestimmte Anzahl von Akkumulatormodulen 200 eingesetzt werden kann. Das Benutzernetzwerk 120 besteht aus dem Benutzer 124 und dem Benutzerendgerät 122 welches unter anderem ein handelsübliches Smartphone, eine Software im Kraftfahrzeug, ein Tablet oder ein Computer sein kann. Der Akkumulator 200 des Kraftfahrzeugs 100 kann entweder an der automatischen Wechselstation 300 vollautomatisch gewechselt werden, dabei wird die oder an der manuellen Wechselstation 330 manuell gewechselt werden. An den Wechselstationen 300 und 330 kann auch die Anzahl der Akkumulatormodule 200 mit denen das Kraftfahrzeug 100 bestückt ist im Rahmen der zulässigen Gesamtladekapazität des Kraftfahrzeuges angepasst werden. Die, sich im Kraftfahrzeug 110 befindlichen Akkumulatormodule, können auch über die Ladestation 140 geladen werden wenn das Kraftfahrzeug mit dieser verbunden ist. Die Kommunikationsschnittstelle zwischen dem Benutzer 124 und den Wechselstationen 300, 330, der Ladestation 140 und dem Kraftfahrzeug 110 erfolgt jeweils über das Benutzerendgerät 122. 1 shows the system landscape of the change system consisting of the vehicle network 100 , the change station, the automatic change station 300 , the manual change station 330 , the charging station 140 and the user network 120 , The vehicle network 100 consists of the motor vehicle 110 , the accumulator compartment 250 in which a certain number of accumulator modules 200 can be used. The user network 120 consists of the user 124 and the user terminal 122 which may be, inter alia, a standard smartphone, software in the car, a tablet or a computer. The accumulator 200 of the motor vehicle 100 can either be at the automatic changing station 300 be fully automatically changed, this is the or at the manual change station 330 be changed manually. At the change stations 300 and 330 can also change the number of accumulator modules 200 with which the motor vehicle 100 fitted is to be adjusted within the permissible total cargo capacity of the motor vehicle. The, in the motor vehicle 110 located accumulator modules can also via the charging station 140 are charged when the motor vehicle is connected to this. The communication interface between the user 124 and the change stations 300 . 330 , the charging station 140 and the motor vehicle 110 takes place via the user terminal 122 ,

2A zeigt das Fahrzeugnetzwerk 100 besteht aus dem Kraftfahrzeug 110 und dem Akkumulatorfach 250 in dem der Kraftfahrzeugakkumulator untergebracht ist im Detail. 2A shows the vehicle network 100 consists of the motor vehicle 110 and the accumulator compartment 250 in which the Kraftfahrzeugakkumulator is housed in detail.

2B zeigt das Fahrzeugnetzwerk 100 besteht aus dem Kraftfahrzeug 110 und dem Akkumulatorfach 250 und allen exemplarisch 15 Akkumulatormodulen 200 welche in dieser Variante in fünf nebeneinander angeordneten Akkumulatorschächten (260 siehe 4A bis 4C) mit jeweils drei Akkumulatormodulen (200 siehe 3A und 3B) angeordnet sind. In der Darstellung sind alle Akkumulatormodule aus den Schächten entlang der Entnahmerichtung entnommen. Ein entnehmen von lediglich einzelnen Akkumulatormodulen ist auch möglich. 2 B shows the vehicle network 100 consists of the motor vehicle 110 and the accumulator compartment 250 and all examples 15 Akkumulatormodulen 200 which in this variant in five juxtaposed Akkumulatorschächten ( 260 please refer 4A to 4C ) each with three accumulator modules ( 200 please refer 3A and 3B ) are arranged. In the illustration, all accumulator modules are removed from the shafts along the removal direction. A removal of only individual accumulator modules is also possible.

3A zeigt ein Akkumulatormodul 200 von der Rückseite mit der Führungsnut 202 für die Aufnahme des Akkumulatormoduls auf einer Schiene (270 siehe 4A bis 4C). Die Führungsnut ist als Schwalbenschwanzführung mit Gleitpaarung ausgelegt. Der thermische Kontakt 204 besteht aus einer ebenen Platte und dient zur Temperierung des Akkumulatormoduls beim Einsatz im Kraftfahrzeug 110 oder einer der Wechselstationen 300 oder 330 genutzt werden kann und gegen den ein Kühlkörper (274 siehe 4C) gedrückt wird. Die Verriegelungsnut 208 und die Vereinzelernut 206 erleichtern die automatisierte Handhabung. Dabei dient die Verriegelungsnut 208 als Angriffspunkt für einen Greifer, oder einen Riegel zur Fixierung. Die Vereinzelernut 206 dient zum Vereinzeln bei der automatischen Förderung in die ein Vereinzeler eingreifen kann. Der rückseitige elektrische Kontakt 220 mit Polschutz ist in dieser Variante als Buchse ausgeführt. Daneben sind Führungsbuchsen 222 angeordnet um eine laterale Positionierung der Steckverbinder zu garantieren und eventuelles Spiel auszugleichen. Der elektrische Kontakt 220 samt Führungsbuchsen 222 ist in dieser Ausführung schwimmend gelagert um eventuelle Fertigungstoleranzen bei der Positionierung der Steckverbindung ausgleichen zu können. Ein klappbarer Griff 210 erleichtert eine manuelle Handhabung der Akkumulatormodule. 3A shows an accumulator module 200 from the back with the guide groove 202 for receiving the accumulator module on a rail ( 270 please refer 4A to 4C ). The guide groove is designed as a dovetail guide with sliding pair. The thermal contact 204 consists of a flat plate and is used for temperature control of the accumulator module when used in motor vehicles 110 or one of the changing stations 300 or 330 can be used and against which a heat sink ( 274 please refer 4C ) is pressed. The locking groove 208 and the singular groove 206 facilitate automated handling. The locking groove is used 208 as a point of attack for a gripper, or a bolt for fixation. The singular groove 206 is used for separating in the automatic promotion in which a singler can intervene. The backside electrical contact 220 with pole protection is designed in this variant as a socket. Next to them are bushings 222 arranged to guarantee a lateral positioning of the connectors and compensate for any play. The electrical contact 220 with guide bushes 222 is floating in this design to compensate for any manufacturing tolerances in the positioning of the connector can. A folding handle 210 facilitates manual handling of the accumulator modules.

3B zeigt ein Akkumulatormodul 200 von der Vorderseite mit der Führungsnut 202, dem thermischen Kontakt, der Vereinzelernut 206 und der Verriegelungsnut 208. Der elektrische Kontakt 230 ist in dieser Variante als Stecker ausgelegt der in die rückseitig befindliche Buchse (220 siehe 3A) eine benachbarten Akkus eingesteckt werden kann. Die konischen Führungsstifte 232 der Steckverbindung greifen beim Stecken in die Führungsbuchsen (222 siehe 3A) und sorgen beim Stecken für eine definierte Positionierung der Stecker zueinander. 3B shows an accumulator module 200 from the front with the guide groove 202 , the thermal contact, the singular groove 206 and the locking groove 208 , The electrical contact 230 is designed in this variant as a plug in the back located socket ( 220 please refer 3A ) an adjacent battery can be inserted. The conical guide pins 232 of the plug-in connection engage in the guide bushings ( 222 please refer 3A ) and ensure when plugging for a defined positioning of the plug to each other.

4A zeigt einen Akkumulatorschacht 260 bestehend aus der Führungsschiene 270 auf die zwei Akkumulatormodule 200 aufgeschoben werden. Ein Linearantrieb 272 sorgt dabei für die Positionierung der Akkumulatormodule auf der Führungsschiene 270. In der Führungsschiene 270 integriert befindet sich ein Kühlkörper 274 der entweder Wasser, oder Luftdurchströmt ist um die Akkumulatormodule 200 zu temperieren. Der Kühlkörper 274 wird durch einen Kanal für Kühlmedium 262 mit Kühlmedium versorgt. Am Ende der Führungsschiene befindet sich eine elektrische Steckverbindung 220 die als Buchse ausgelegt (analog zu den Steckverbindungen des Akkumulatormoduls 200) ist in die die Akkumulatormodule 200 eingesteckt und kontaktiert werden und an die Strang-Anschluss-Module 280 angeschlossen werden. Am Eingang der Führungsschiene befindet sich eine Marke 268 welche zur Führungsschiene ausgerichtet ist. Anhand der Marke kann die genaue Position der Führungsschiene für den automatischen Wechsel detektiert werden. Mithilfe eines Motors für die Verriegelung 264 kann eine Welle 266 angetrieben werden auf der sich Riegel 265 befinden. Diese Riegel 265 greifen in die Verriegelungsnut 208 der Akkumulatormodule 200 ein um deren Position im bestückten Zustand zu sperren und ein verrutschen während der Fahrt zu verhindern. 4A shows a battery bay 260 consisting of the guide rail 270 on the two accumulator modules 200 be deferred. A linear drive 272 ensures the positioning of the accumulator modules on the guide rail 270 , In the guide rail 270 integrated is a heat sink 274 either water, or air flowing around the accumulator modules 200 to temper. The heat sink 274 is through a channel for cooling medium 262 supplied with cooling medium. At the end of the guide rail is an electrical plug connection 220 designed as a socket (analogous to the plug connections of the accumulator module 200 ) is in the accumulator modules 200 plugged in and contacted and to the strand connection modules 280 be connected. At the entrance of the guide rail is a mark 268 which is aligned with the guide rail. Based on the brand, the exact position of the guide rail for the automatic change can be detected. Using a motor for locking 264 can a wave 266 are driven on the latch 265 are located. These bars 265 grab in the locking groove 208 the accumulator modules 200 one around To lock their position in the assembled state and prevent slippage while driving.

4B zeigt einen vollbestückten Akkumulatorschacht 260 mit drei Akkumulatormodulen 200. Alle Akkumulatormodule 200 wurden durch den Linearantrieb 272 in Position gefahren und an die Strang-Anschluss-Module 280 angeschlossen. Die Akkumulatormodule 200 sind durch die Riegel 265 welche über die Welle 266 und den Motor für die Verriegelung 264 angetrieben sind in ihrer Position gesperrt. Die Marke 268 am Eingang des Akkumulatorschachtes 260 dient der Positionserkennung für die automatische Bestückung. 4B shows a fully equipped accumulator shaft 260 with three accumulator modules 200 , All accumulator modules 200 were through the linear drive 272 moved into position and to the strand connection modules 280 connected. The accumulator modules 200 are through the bars 265 which about the wave 266 and the engine for the lock 264 driven are locked in their position. The mark 268 at the entrance of the accumulator shaft 260 serves the position detection for the automatic assembly.

4C zeigt einen vollbestückten Akkumulatorschacht 260 mit drei Akkumulatormodulen 200. Alle Akkumulatormodule 200 wurden durch den Linearantrieb 272 in Position gefahren und an die Strang-Anschluss-Module 280 angeschlossen. Die Marke 268 am Eingang des Akkumulatorschachts 260 dient der Positionserkennung für die automatische Bestückung. Alle Akkumodule befinden sich auf der Führungsschiene 270 in welcher ein Kühlkörper 274 integriert ist welcher über eine Blattfeder 276 auf den thermischen Kontakt 204 des Akkumulatormoduls 200 gedrückt wird. Der Kühlkörper 274 kann mit Kühlmedien wie Luft, oder Wasser durchströmt werden und somit geheizt, oder gekühlt werden um die thermische Last beim Betrieb der Akkumulatormodule 200 abzuführen, oder diese bei tiefen Außentemperaturen zu heizen. Der Kühlkörper 274 ist dafür hol ausgestaltet mit zwei Kammern die gegenläufig durchströmt werden können und die mit Kühlrippen versehen sind. 4C shows a fully equipped accumulator shaft 260 with three accumulator modules 200 , All accumulator modules 200 were through the linear drive 272 moved into position and to the strand connection modules 280 connected. The mark 268 at the entrance of the accumulator shaft 260 serves the position detection for the automatic assembly. All battery modules are located on the guide rail 270 in which a heat sink 274 which is integrated via a leaf spring 276 on the thermal contact 204 of the accumulator module 200 is pressed. The heat sink 274 can be flowed through with cooling media such as air, or water and thus heated, or cooled by the thermal load during operation of the accumulator modules 200 dissipate, or to heat them at low outdoor temperatures. The heat sink 274 is designed for hol with two chambers which can be flowed through in opposite directions and which are provided with cooling fins.

5A zeigt ein Akkumulatorfach 250 bestehend aus einer möglichen Anordnung von fünf Akkumulatorschächten 260 nebeneinander für die Montage im Fahrzeug. Jeder Akkumulatorschacht kann bei dieser Bauform drei Akkumulatormodule aufnehmen. Auch Akkumulatorschächte 260 mit mehr, oder weniger Ladekapazität sind möglich je nach Fahrzeugbedarf. 5A shows a battery compartment 250 consisting of a possible arrangement of five Akkumulatorschächten 260 side by side for mounting in the vehicle. Each accumulator shaft can accommodate three accumulator modules in this design. Also Akkumulatorschächte 260 with more or less load capacity are possible depending on vehicle needs.

5B zeigt ein Akkumulatorfach 250 bestehend aus einer möglichen Anordnung von sechs Akkumulatorschächten 260 nebeneinander und übereinander für die Montage im Fahrzeug. Jeder Akkumulatorschacht 260 kann bei dieser Bauform drei Akkumulatormodule aufnehmen. Auch Akkumulatorschächte 260 mit mehr, oder weniger Ladekapazität sind möglich je nach Fahrzeugbedarf. 5B shows a battery compartment 250 consisting of a possible arrangement of six Akkumulatorschächten 260 side by side and one above the other for mounting in the vehicle. Each accumulator shaft 260 can accommodate three accumulator modules in this design. Also Akkumulatorschächte 260 with more or less load capacity are possible depending on vehicle needs.

6A zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrischen Leistungspfad. Bestehend aus exemplarisch zwei Akkumulatorsträngen 260 mit jeweils drei Akkumulatormodulen 200 welche an jeweils eine Strang-Anschluss-Modul 280 angeschlossen sind. Die Erweiterung dieser Schaltung auf mehr, oder weniger Stränge mit mehr, oder weniger Akkumulatormodulen ist möglich. Es können theoretisch beliebig viele, vorzugsweise bis zu 30 Akkumulatorstränge 260 parallel geschaltet werden, wobei jeder die gleiche Anzahl von Akkumulatormodulen 200 beinhalten muss. Die Akkumulatormodule 200 werden über einen Steckverbinder 230, 220 mit vorzugsweise 8 Polen für die Energieübertragung in Reihe geschaltet. Die Akkumulatormodule 200 werden untereinander so verschaltet, das nur ein einseitiger Anschluss des Stranges an das Strang-Anschluss-Modul 280 benötig wird. Das Strang-Anschluss-Modul 280 enthält neben einem Stromsensor 426 eine elektrisch auslösbare Trenneinrichtung 461 diese dient zum irreversiblen Notfallabschaltung des Stranges im Fehlerfall z.B. bei einem internen Kurzschluss oder bei einem Unfall. Des Weiteren enthält das Strang-Anschluss Modul 280 eine Einrichtungen zum begrenzen des Umladestroms 463. Ein Umladestrom tritt in dem Moment auf in dem mehrere Stränge parallel geschaltet werden deren Spannung leichte Abweichungen hat. Der Strom ist hierbei so zu begrenzen, dass er die Leistungsfähigkeit des Umladstrombegrenzers 463 nicht übersteigt. Sobald die Spannungen angeglichen sind wird die Strombegrenzung durch den Umladestrombegrenzer 463 aufgehoben. Alle Stränge werden mithilfe einer Akkumulator-Fahrzeug-Schnittstelle 450 an den Hochspannungssystembus 447 angeschlossen. Zum Stützen der Spannung beim Umschalten verschiedener Akkumulatorstränge enthält die Akkumulator-Fahrzeug-Schnittstelle 450 einen Energiepufferspeicher 454. Die Akkumulator-Fahrzeug-Schnittstelle 450 enthält zwei Trenneinrichtungen 451 zum Allpoligen abschalten des Kraftfahrzeugakkumulators sowie eine elektrisch ansteuerbare Überstromschutzeinrichtung 452, sowie den dazugehörigen Stromsensor und eine Möglichkeit zum vorladen 453 des Hochspannungssystembusses 447. 6A shows an embodiment of an electric power path according to the invention. Consisting of two accumulator strands as an example 260 each with three accumulator modules 200 which in each case a strand connection module 280 are connected. The extension of this circuit to more, or fewer strands with more or fewer accumulator modules is possible. In theory, any number of, preferably up to 30 accumulator strands can be used 260 in parallel, each having the same number of accumulator modules 200 must contain. The accumulator modules 200 be via a connector 230 . 220 with preferably 8th Poland connected in series for energy transfer. The accumulator modules 200 are interconnected so that only a one-sided connection of the strand to the strand connection module 280 is needed. The strand connection module 280 contains in addition to a current sensor 426 an electrically triggerable separator 461 This is used for irreversible emergency shutdown of the strand in case of failure, for example, in an internal short circuit or in an accident. Furthermore, the strand connection contains module 280 a device for limiting the transfer charge 463 , A recharging current occurs in the moment in which several strings are connected in parallel whose voltage has slight deviations. The current must be limited so that it the performance of Umladstrombegrenzers 463 does not exceed. As soon as the voltages are equalized, the current limit is changed by the charge current limiter 463 canceled. All strands are using an accumulator vehicle interface 450 to the high voltage system bus 447 connected. To support the voltage when switching various accumulator strands contains the accumulator vehicle interface 450 an energy buffer 454 , The accumulator vehicle interface 450 contains two separators 451 to switch off the Allpoligen of Kraftfahrzeugakkumulators and an electrically controllable overcurrent protection device 452 , as well as the associated current sensor and a possibility to preload 453 of the high voltage system bus 447 ,

6B zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrischen Leistungspfades. Bestehend aus exemplarisch zwei Akkumulatorsträngen 260 mit jeweils drei Akkumulatormodulen 200 welche an jeweils eine Strang-Anschluss-Modul 280 angeschlossen sind. Die Erweiterung dieser Schaltung auf mehr, oder weniger Stränge mit mehr, oder weniger Akkumulatormodulen ist möglich. Hierbei befindet sich in jedem Stranganschlussmodul 280 ein Gleichstromwandler 464. Dieser wird über den Steckverbinder 220 allpolig an das erste, im Akkumulatorstrang 261 befindliche, Akkumulatormodul 200 angeschlossen. Es stehen hierrüber die einzelnen Spannungen aller angeschlossenen Akkumulatormodule 200 des Akkumulatorstranges 261 zur Verfügung. Diese Spannungen werden vom Gleichstromwandler entsprechend auf die am Akkumulator interne Hochspannungsbus 446 herauf oder herunter transformiert. Der Gleichstromwandler arbeite bidirektional, so dass die Akkumulatorstränge 261 geladen oder entladen werden können. 6B shows a second embodiment of an electrical power path according to the invention. Consisting of two accumulator strands as an example 260 each with three accumulator modules 200 which in each case a strand connection module 280 are connected. The extension of this circuit to more, or fewer strands with more or fewer accumulator modules is possible. This is located in each line connection module 280 a DC-DC converter 464 , This is via the connector 220 all-pole to the first, in the accumulator strand 261 located, accumulator module 200 connected. The individual voltages of all connected accumulator modules are shown above 200 of the accumulator train 261 to disposal. These voltages are applied by the DC-DC converter to the internal high-voltage bus on the accumulator 446 transformed up or down. The DC-DC converter is working bidirectional, so that the accumulator strands 261 loaded or unloaded.

6C zeigt eine Teilansicht eines den steuerungstechnischen Aufbau eines Kraftfahrzeugakkumulators mit beispielhaft einem einzelnem Akkumulatormodul 200 sowie dem Hochspannungssystembus 447. Dies gilt gleichbedeuten für Varianten mit/ohne Gleichstromwandler 464 aus 6A und 6B. Die Erweiterung dieser Schaltung auf mehrere Akkumulatorstränge mit mehreren Akkumulatormodulen ist möglich. Die Steuerung und Überwachung eines Akkumulatormodules 200 bildet die Akkumulatormodulsteuerung 475. Dies besteht aus einer Logikbaugruppe und den folgenden Unterbaugruppen: Kommunikation und Spannungsversorgung 467. Energieflusssteuerung 474 des Akkumulatormodules 200 welche den Stromsensor 472 überwacht und die einpolige Schalteinrichtung 473 ansteuert. Dem Bedatbaren RFID-Modul 479 für die externe Kommunikation und Identifikation sowie der Zellspannungsüberwachung und der Balancingeinrichtung (Balancing) 478 sowie der Akkumulatorzellen 474. Die Kommunikation zu den anderen Modulen, sowie zum Kraftfahrzeugsakkumulatorsteuerung 456 erfolgt mittels eines Bussystems 477. Das Strang-Anschluss-Modul 280 enthält eine Akkumulatorstrangsteuerung 460. Dies Steuert und überwachten den Stromsensor 462 sowie das ggf. auslösen der elektronischen Überstromschutzeinrichutng 461. Des Weiteren Regelt sie die Parallelschaltung mehrere Akkumulatorstränge mithilfe des Umladestrombegrenzers 463. Alle Akkumulatormodule werden zentral von der Kraftfahrzeugsakkumulatorsteuerung 456 welche sich in der Akkumulator-Fahrzeug-Schnittstelle 450 befindet gesteuert. Die Kraftfahrzeugsakkumulatorsteuerung 456 stellt die logische Verbindung des Kraftfahrzeugakkumulators zum Kraftfahrzeugbus447 her. 6C shows a partial view of the control engineering structure of a motor vehicle battery with, for example, a single accumulator module 200 as well as the high voltage system bus 447 , This applies equally to variants with / without DC converter 464 out 6A and 6B , The extension of this circuit to several Akkumulatorstränge with multiple accumulator modules is possible. The control and monitoring of an accumulator module 200 forms the accumulator module control 475 , This consists of a logic board and the following subassemblies: communication and power supply 467 , Energy flow control 474 of the accumulator module 200 which is the current sensor 472 monitored and the unipolar switching device 473 controls. The Bedable RFID Module 479 for external communication and identification as well as cell voltage monitoring and balancing device (balancing) 478 and the accumulator cells 474 , The communication to the other modules, as well as the motor vehicle accumulator control 456 takes place by means of a bus system 477 , The strand connection module 280 contains an accumulator string control 460 , This controls and monitors the current sensor 462 as well as possibly trigger the electronic overcurrent protection device 461 , Furthermore, it regulates the parallel connection of several accumulator strings by means of the charge-over current limiter 463 , All accumulator modules become central to the motor vehicle accumulator control 456 which is in the accumulator vehicle interface 450 is controlled. The motor vehicle accumulator control 456 represents the logical connection of the motor vehicle battery to the motor vehicle bus 447 ago.

7 zeigt eine automatische Wechselstation 300 an der ein Kraftfahrzeug 110 steht in dem ein Akkumulatorfach 250 montiert ist wie es aus 5A bekannt ist. Ein Wechselroboter 306 mit sechs motorisierten Achsen trägt einen Wechselgreifer 308 der zwei Akkumulatormodule 200 greifen kann und auf dem die Messgeräte zur Positionsdetektion der Marke (268 siehe 4A bis 4C) montiert um die Akkumulatorschächte anfahren und somit Akkumulatormodule entnehmen, oder bestücken zu können. Ein Lagerroboter 302 mit zwei Linearachsen trägt einen Lagergreifer 310 der bis zu vier Akkumulatormodule aufnehmen kann. Dieser Lagergreifer 310 kann vom Wechselroboter 306 angefahren werden um die Akkumulatormodule zu tauschen. Die getauschten Akkumulatormodule können vom Lagerroboter 310 im Lagerregal 320 eingelagert und geladen werden, oder für den Wechsel entnommen werden. 7 shows an automatic changing station 300 at the a motor vehicle 110 is in an accumulator compartment 250 is mounted like it out 5A is known. An exchange robot 306 with six motorized axles carries an exchange gripper 308 the two accumulator modules 200 and on which the brand position measuring devices ( 268 please refer 4A to 4C ) mounted to the Akkumulatorschächte approach and thus remove accumulator modules, or to be able to equip. A storage robot 302 with two linear axes carries a bearing gripper 310 which can hold up to four accumulator modules. This gantry gripper 310 can from the removable robot 306 be approached to exchange the accumulator modules. The exchanged accumulator modules can be handled by the storage robot 310 in the storage rack 320 be stored and loaded, or removed for the change.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100
FahrzeugnetzwerkVehicle network
110110
Kraftfahrzeugmotor vehicle
120120
BenutzernetzwerkUser network
122122
Benutzerendgerätuser terminal
124124
Benutzeruser
140140
Ladestationcharging station
200200
Akkumulatormodulaccumulator
202202
Führungsnutguide
204204
Thermischer KontaktThermal contact
206206
VereinzelernutVereinzelernut
208208
Verriegelungsnutlocking
210210
Handgriffhandle
220220
Elektrischer Kontakt Buchse („weiblich“)Electrical contact socket ("female")
222222
Führungsbuchse SteckverbindungGuide bush plug connection
230230
Elektrischer Kontakt Stecker („männlich“)Electrical contact plug ("male")
232232
Führungsstift SteckverbindungGuide pin plug connection
250250
AkkumulatorfachAkkumulatorfach
260260
AkkumulatorschachtAkkumulatorschacht
261261
AkkumulatorstrangAkkumulatorstrang
262262
Kanal für KühlmediumChannel for cooling medium
264264
Motor für VerrigelungMotor for locking
265265
Riegelbars
266266
Wellewave
268268
Markebrand
270270
Führungsschineleadership Machine
272272
Linearantrieblinear actuator
274274
Kühlköperheat sink
276276
Federfeather
280280
Strang-Anschluss-ModulStranded connection module
300300
Automatische WechselstationAutomatic changing station
302302
Lagerroboterstorage robot
306306
Roboterarmrobot arm
308308
WechselgreiferAC gripper
310310
Greifer LagerroboterGripper storage robot
320320
Laderegaltier shelf
330330
Manuelle WechselstationManual change station
416416
Trenneinrichtungseparator
446446
Hochspannungsbushigh voltage bus
447 447
HochspannungsstembusHochspannungsstembus
450450
Akkumulator-Fahrzeug-SchnittstelleBattery-vehicle interface
451451
Trenneinrichtungenseparators
452452
ÜberstromschutzeinrichtungOvercurrent protection device
453453
VorladevorichtungVorladevorichtung
454454
EnergiepufferspeicherEnergy buffer
456456
KraftfahrzeugsakkumulatorsteuerungKraftfahrzeugsakkumulatorsteuerung
460460
AkkumulatorstrangsteuerungAkkumulatorstrangsteuerung
461461
ÜberstromschutzeinrichutngÜberstromschutzeinrichutng
462462
Stromsensorcurrent sensor
463463
UmladestrombegrenzerUmladestrombegrenzer
474474
EnergieflusssteuerungEnergy flow control
475475
AkkumulatormodulsteuerungAkkumulatormodulsteuerung
467467
Kommunikation und SpannungsversorgungCommunication and power supply
477477
Bussystembus system
478478
Balancingeinrichtungbalancing equipment
479479
RFID-ModulRFID module

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102006047654 A1 [0002]DE 102006047654 A1 [0002]

Claims (32)

Elektroantriebsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs (110) mit einem zur elektrischen Betankung manuell, teilautomatisch oder vollautomatisch tauschbarem Kraftfahrzeugakkumulator dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftfahrzeugakkumulator in kleiner Akkumulatormodule unterteilt ist welche in mindestens einem Akkumulatorfach (250) bestehend aus mindestens einem Akkumulatorschacht (260) untergebracht sind.Electric drive device of a motor vehicle (110) with a manual, semi-automatic or fully automatic exchangeable motor vehicle accumulator for electrical refueling, characterized in that the motor vehicle accumulator is subdivided into small accumulator modules which are accommodated in at least one accumulator compartment (250) comprising at least one accumulator shaft (260). Elektroantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Akkumulatormodule (200) in den Akkumulatorschächten (260) auf mindestens einer Führung (270) geführt werden.Electric drive device according to Claim 1 , characterized in that the accumulator modules (200) are guided in the Akkumulatorschächten (260) on at least one guide (270). Elektroantriebsvorrichtung einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Austauschrichtung der Akkumulatormodule (200) vorwiegend horizontal ist.Electric drive device according to one of the preceding claims, characterized in that the exchange direction of the accumulator modules (200) is predominantly horizontal. Elektroantriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dar Akkumulatorschacht (260) mindestens eine Öffnung aufweist, die sich an einer Seites des Kraftfahrzeugs (110) befindet.Electric drive device according to one of the preceding claims, characterized in that the Akkumulatorschacht (260) has at least one opening which is located on one side of the motor vehicle (110). Elektroantriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Akkumulatorschächte (260) in beliebigen Anordnungen im Kraftfahrzeug (110) angeordnet sein können.Electric drive device according to one of the preceding claims, characterized in that several Akkumulatorschächte (260) can be arranged in any arrangement in the motor vehicle (110). Elektroantriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dar Akkumulatorschacht (260) mindestens eine Marke (268) in der Nähe der Öffnung aufweist, die zur automatisierten Positionserkennung genutzt werden kann.Electric drive device according to one of the preceding claims, characterized in that the Akkumulatorschacht (260) has at least one mark (268) in the vicinity of the opening, which can be used for automated position detection. Elektroantriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die sich im Akkumulatorschacht (260) befindlichen Akkumulatormodule (200) durch einen Linearantrieb (272) oder ein federndes Element, welches parallel zur Führung (270) angeordnet ist positionieren lassen.Electric drive device according to one of the preceding claims, characterized in that in the Akkumulatorschacht (260) located Akkumulatormodule (200) by a linear drive (272) or a resilient element, which is arranged parallel to the guide (270) can be positioned. Elektroantriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Akkumulatormodule (200) über symmetrisch angeordnete Verrigelungsnuten (208) und Vereinzellernuten (206) verfügen die eine automatisierte Handhabung erleichtern.Electric drive device according to one of the preceding claims, characterized in that the accumulator modules (200) have symmetrically arranged Verrilling grooves (208) and Vereinzellernuten (206) which facilitate automated handling. Elektroantriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die sich im Akkumulatorschacht (260) befindlichen Akkumulatormodule (200) in ihrer Bewegungsfreiheit parallel zur Führung (270) durch Riegel (265) welche formschlüssig in Verriegelungsnuten (208) im Akkumulatormodul (200) greifen gesperrt werden können.Electric drive device according to one of the preceding claims, characterized in that in the Akkumulatorschacht (260) located Akkumulatormodule (200) in their freedom of movement parallel to the guide (270) by latch (265) which form-locking in locking grooves (208) in the accumulator module (200) engage can be locked. Elektroantriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Akkumulatormodule (200) über mindestens einen mehrheitliche ebenen thermischen Kontakt (204) verfügen.Electric drive device according to one of the preceding claims, characterized in that the accumulator modules (200) have at least one majority planar thermal contact (204). Elektroantriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Akkumulatorschacht (260) mindestens ein Kühlkörper (274) welcher mit flüssigen, oder gasförmigen Medien durchströmt werden kann und einen thermischen Kontakt zu mindestens einem, auf einer Seite eines Akkumulatormoduls (200) befindlichen thermischen Kontakt (204) herstellt.Electric drive device according to one of the preceding claims, characterized in that in the Akkumulatorschacht (260) at least one heat sink (274) which can be flowed through with liquid or gaseous media and a thermal contact with at least one, on one side of a battery module (200) located thermal Contact (204). Elektroantriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Akkumulatormodule (200) mindestens zwei, zur Bereitstellung einer elektrischen Verbringung zwischen dem Kraftfahrzeug (110) und/oder zwei Akkumulatormodulen (200), Steckkontakte (220, 230) besitzen die sich an den zur Führung (270) orthogonal stehenden Seiten befinden und die eine Steckrichtung definieren welche im Wesentlichen parallel zur Führung (270) angeordnet ist.Electric drive device according to one of the preceding claims, characterized in that the accumulator modules (200) at least two, to provide an electrical transfer between the motor vehicle (110) and / or two Akkumulatormodulen (200), plug contacts (220, 230) which are located on the to the guide (270) orthogonal sides and which define a direction of insertion which is arranged substantially parallel to the guide (270). Elektroantriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsspannung der Akkumulatormodule (200) ein ganzzahliger Bruchteil der Spannung beträgt die für den Betrieb des Kraftfahrzeuges (110) notwendig ist, vorzugsweise 60 V, 90 V oder 120 V.Electric drive device according to one of the preceding claims, characterized in that the output voltage of the accumulator modules (200) is an integer fraction of the voltage which is necessary for the operation of the motor vehicle (110), preferably 60 V, 90 V or 120 V. Elektroantriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein, oder mehrere Akkumolatormodule (200) in Akkumulatorsträngen (260, 261) in Reihe geschaltet sind und ein, oder mehrere Akkumulatorstränge (260, 261) parallel geschaltet werden können.Electric drive device according to one of the preceding claims, characterized in that one or more Akkumolatormodule (200) in Akkumulatorsträngen (260, 261) are connected in series and one or more Akkumulatorstränge (260, 261) can be connected in parallel. Elektroantriebsvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein, oder mehrere Akkumulatorstränge (260, 261) für den Betrieb des Kraftfahrzeuges zugeschaltet, bzw. abgeschaltet werden können.Electric drive device according to Claim 14 , characterized in that one or more Akkumulatorstränge (260, 261) switched on for the operation of the motor vehicle, or can be switched off. Elektroantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein, oder mehrere Akkumulatorstränge (260, 261) für den Betrieb des Kraftfahrzeuges zugeschaltet, bzw. abgeschaltet werden können wodurch ein sequentielles entladen ermöglicht wird. Electric drive device according to one of Claims 14 or 15 , characterized in that one or more Akkumulatorstränge (260, 261) can be switched on for the operation of the motor vehicle, or switched off whereby a sequential discharge is possible. Elektroantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüch 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass Spannungsunterschiede zwischen den Akkumulatorsträngen (260, 261) vor dem Parallelschalten durch die Begrenzung des Umladestroms angleichen kann.Electric drive device according to one of Claims 14 to 16 , characterized in that voltage differences between the Akkumulatorsträngen (260, 261) before the parallel connection by the limitation of the charge-reversal current can equalize. Elektroantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüch 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass Spannungsunterschiede zwischen den Akkumulatorsträngen (260, 261) vor dem Parallelschalten durch das gezielte Entladen einzelner Akkumulatorstränge (260, 261) mit dem höchsten Spannungsniveau auf das Spannungsniveau des Akkumulatorstrangs (260, 261) mit dem niedrigsten Spannungsniveau gebracht werden.Electric drive device according to one of Claims 14 to 17 , characterized in that voltage differences between the Akkumulatorsträngen (260, 261) before the parallel connection by the targeted discharge of individual Akkumulatorstränge (260, 261) with the highest voltage level to the voltage level of the Akkumulatorstrangs (260, 261) are brought to the lowest voltage level. Elektroantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüch 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass jeder parallelzuschaltende Akkumulatorstrang (260, 261) gezielt so mit sortierten Akkumulatormodulen (200) bestückt wird, dass die aufsummierte Spannung der darin befindlichen Akkumulatormodule (200) sich innerhalb einer vorgegebenen Toleranz befindet die ein direktes Parallelschalten der Akkumulatorstränge erlaubt.Electric drive device according to one of Claims 14 to 18 , characterized in that each accumulator strand (260, 261) to be connected in parallel is equipped with sorted accumulator modules (200) in such a way that the totalized voltage of the accumulator modules (200) contained therein is within a predetermined tolerance which permits a direct parallel connection of the accumulator strands. Elektroantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüch 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass Spannungsunterschiede zwischen den Akkumulatorsträngen (260, 261) durch einen bidirektional arbeitenden Gleichstromwandler der an jedem einzelnen Akkumulatorstrang (260, 261) angeschlossen ist auf ein definiertes Spannungsniveau angehoben, oder abgesenkt werden kann.Electric drive device according to one of Claims 14 to 19 , characterized in that voltage differences between the accumulator strings (260, 261) can be raised or lowered to a defined voltage level by a bidirectionally operating DC-to-DC converter connected to each individual accumulator string (260, 261). Elektroantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüch 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Akkumulatormodule (200) über ein Akkumulatormodulsteuerung (475) verfügt die mindestens eine Zellspannung, mindestens eine Temperatur sowie den gesamten Strom misst und berührungslos, oder per elektrischen Anschluss ausgelesen werden kann.Electric drive device according to one of Claims 14 to 20 , Can be characterized in that the accumulator modules (200) via a Akkumulatormodulsteuerung (475) has at least one measuring cell voltage, at least one temperature as well as the total power and without contact, or read via electrical connection. Elektroantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüch 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Akkumulatormodul (200) über eine Vorrichtung verfügt die mindestens einen Ausgang spannungsfrei schalten kann. Diese Schaltung wird durch die Akkumulatorsteuerung (475) gesteuert. Das Akkumulatormodul ist solange spannungsfrei bis die Akkumulatorsteuerung (475) von einem übergeordnetem Steuergerät zum Zuschalten der Spannung kommandiert wird. Im Fehlerfall kann die Akkumulatorsteuerung (474) selbständig den Strom unterbrechen.Electric drive device according to one of Claims 14 to 21 , characterized in that each accumulator module (200) has a device which can switch at least one output voltage. This circuit is controlled by the accumulator controller (475). The accumulator module is de-energized until the accumulator control (475) is commanded by a higher-level control unit for switching on the voltage. In the event of an error, the accumulator control (474) can interrupt the power automatically. Elektroantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüch 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Stran-Anschluss-Modul (280) zur Verbindung der einzelnen Akkumulatorstränge (260, 261) über eine Sicherheitsschaltung verfügt die im Fehlerfall jeden Strang irreversibel vom internen Hochspannungsbus trennen kann.Electric drive device according to one of Claims 14 to 22 , characterized in that the strand connection module (280) for connecting the individual Akkumulatorstränge (260, 261) has a safety circuit which can disconnect each strand irreversibly in the event of an error from the internal high-voltage bus. Elektroantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüch 14 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftfahrzeugakkumulator über eine Sicherheitsschaltung verfügt die im Fehlerfall den Kraftfahrzeugakkumulator mindestens einpolig vom Hochspannungssytembus (447) trennen kann.Electric drive device according to one of Claims 14 to 23 , characterized in that the Kraftfahrzeugakkumulator has a safety circuit which can disconnect the Kraftfahrzeugakkumulator at least one pole of the Hochspannungssytembus (447) in case of failure. Elektroantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüch 14 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Akkumulatormodul (200) über eine Bussystem mindestens mit dem Kraftfahrzeug (110) kommuniziert.Electric drive device according to one of Claims 14 to 24 , characterized in that each accumulator module (200) communicates via a bus system at least with the motor vehicle (110). Automatische Wechselvorrichtung zum Tauschen von Akkumulatormodulen (200) von Kraftfahrzeugen (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wechselgreifer (308) welcher mindestens ein Akkumulatormodul (200) tragen kann durch einen Wechselroboter (306) im Raum positioniert werden kann um den Tausch von mindestens einem Akkumulatormoduls (200) durchzuführen.Automatic changing device for exchanging accumulator modules (200) of motor vehicles (110) according to one of the preceding claims, characterized in that an exchangeable gripper (308) which can carry at least one accumulator module (200) can be positioned in space by an exchanging robot (306) to carry out the exchange of at least one accumulator module (200). Automatische Wechselstation (300) zum Tauschen von Akkumulatormodulen (200) von Kraftfahrzeugen (110) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass Messgeräte (z.B. Kamera, Autokollimator oder Triangulationssensor) zur Positionserkennung der Marke (268) am Akkumulatorschacht (260) an dem Wechselgreifer (308), oder in der Nähe des Roboterarms (306) angebracht sind.Automatic changing station (300) for exchanging accumulator modules (200) of motor vehicles (110) Claim 13 , characterized in that measuring devices (eg camera, autocollimator or triangulation sensor) for detecting the position of the mark (268) on the accumulator shaft (260) on the exchange gripper (308), or in the vicinity of the robot arm (306) are mounted. Automatische Wechselstation (300) zum Tauschen von Akkumulatormodulen (200) von Kraftfahrzeugen (110) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lagerregal (320) welches mehrere Akkumulatormodule (200) in einzelnen Fächern lagern und laden kann mit Akkumulatormodulen (200) automatisch bestückt werden kann.Automatic changing station (300) for exchanging accumulator modules (200) of motor vehicles (110) Claim 13 or 14 , Can be equipped with automatically Akkumulatormodulen (200) characterized in that a storage rack (320) which can store a plurality of accumulator modules (200) in individual subjects and load. Automatische Wechselstation (300) zum Tauschen von Akkumulatormodulen (200) von Kraftfahrzeugen (110) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, ein Lagerregal (320) mit einem Lagerroboter (302) welcher einen Lagergreifer (310) entlang der Lagerfächer positionieren kann der mindestens eine Akkumulatormodul (200) tragen kann.Automatic changing station (300) for exchanging accumulator modules (200) of motor vehicles (110) according to one of Claims 13 to 15 , characterized by a storage rack (320) having a storage robot (302) which can position a storage gripper (310) along the storage compartments which can carry at least one accumulator module (200). Infrastruktur zum Tauschen von Akkumulatormodulen (200) von Kraftfahrzeugen (110) bestehend aus mindestens einem Fahrzeugnetzwerk (100), einer automatischer Wechselstation (300) oder manuellen Wechselstation (330) und einer Ladestation (140) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass mindestens ein Kraftfahrzeuge (110), mindestens eine Wechselstation (300) oder mindestens eine Ladestation mit dem Benutzerendgerät (122) kommunizieren.Infrastructure for exchanging accumulator modules (200) of motor vehicles (110) comprising at least one vehicle network (100), an automatic changing station (300) or manual changing station (330) and a charging station (140) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one motor vehicle (110), at least one Change station (300) or at least one charging station communicate with the user terminal (122). Infrastruktur zum Tauschen von Akkumulatormodulen (200) von Kraftfahrzeugen (110) bestehend aus mindestens einem Fahrzeugnetzwerk (100), einer automatischer Wechselstation (300) oder manuellen Wechselstation (330) und einer Ladestation (140) nach Anspruch 17, gekennzeichnet dadurch, dass der Benutzer (124) Informationen über den Zustand der Akkumulatormodule (200) im Fahrzeug (110) durch mindestens ein Benutzerendgerät (122) erhalten kann.Infrastructure for exchanging accumulator modules (200) of motor vehicles (110) consisting of at least one vehicle network (100), an automatic changing station (300) or manual changing station (330) and a charging station (140) Claim 17 characterized in that the user (124) can obtain information about the state of the accumulator modules (200) in the vehicle (110) through at least one user terminal (122). Infrastruktur zum Tauschen von Akkumulatormodulen (200) von Kraftfahrzeugen (110) bestehend aus mindestens einem Fahrzeugnetzwerk (100), einer automatischer Wechselstation (300) oder manuellen Wechselstation (330) und einer Ladestation (140) nach Anspruch 17, gekennzeichnet dadurch, dass der Benutzer (124) Anweisungen an mindestens die automatische Wechselstation (300) oder die Ladestation (140) durch mindestens ein Benutzerendgerät (122) erteilen kann.Infrastructure for exchanging accumulator modules (200) of motor vehicles (110) consisting of at least one vehicle network (100), an automatic changing station (300) or manual changing station (330) and a charging station (140) Claim 17 CHARACTERIZED IN THAT the user (124) may issue instructions to at least the automatic changing station (300) or the charging station (140) through at least one user terminal (122).
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